[發(fā)明專利]快速、高效、選擇性吸附Pb(II)的氧化石墨烯/SBA-15復合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410613720.5
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104437363A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 汪正;李小紅;李青;馬佳賢;朱明子
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術領域

本發(fā)明屬于石墨烯復合材料領域，涉及一種新型的對Pb(II)快速、高效選擇性吸附的氧化石墨烯復合材料，具體為一種氧化石墨烯/SBA-15復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著國家工業(yè)化的發(fā)展，我們的生存環(huán)境也面臨著嚴峻的考驗。重金屬污染作為一類重要的環(huán)境問題，其本身難以自然降解，并且可通過食物鏈在生物體內不斷累積，給人類和其他生物造成嚴重危害，其中以Pb(II)、Cr(VI)、Hg(II)、Cd(II)為甚。鉛對許多生命組織有強的潛在性毒性，一直被列為強污染物范圍，長期接觸鉛及其化合物會導致心悸，血紅細胞增多，影響人類大腦和神經系統(tǒng)，可致癌、造成DNA畸變或突變等，特別對于正在發(fā)育中的兒童，微量鉛的超標即會嚴重影響其智力和身體的健康。

目前對于重金屬離子污染主要治療方法包括：絮凝法、沉淀法、膜分離法、生物處理技術、離子交換法以及吸附法等，其中吸附法以其不產生二次污染、反應效率高、可循環(huán)利用等優(yōu)點得到廣泛應用。氧化石墨烯(GO)作為一種新型的碳材料因其高的比表面積(理論值可達2630m2/g)以及豐富的含氧官能團在重金屬吸附領域備受關注。但由于其在水和大部分有機溶劑溶液中的良好分散性，通常需要采用高速離心或者透析等復雜的方式從溶液中分離。針對以上難題，Lee等人將二氧化鈦負載在氧化石墨烯上，吸附重金屬Pb(II)、Cd(II)、Zn(II)，其吸附量分別為65.6mg/g、72.8mg/g、88.9mg/g(Lee?Y-C,Yang?J-W.J?Ind?Eng?Chem?2012；18:1178)；Hao等人將石墨烯與二氧化硅復合吸附重金屬Pb,其吸附量為113.6mg/g(Hao?L,Song?H,Zhang?L,Wan?X,Tang?Y,Lv?Y.J?Colloid?Interface?Sci2012；369:381.)，以上方法雖然有效改善了氧化石墨烯難分離的特點，但復合后的材料對重金屬的吸附量有明顯下降。

發(fā)明內容

本發(fā)明是針對氧化石墨烯在重金屬吸附領域遇到的難分離以及復合后吸附量明顯降低的問題，目的在于提供一種新型的氧化石墨烯復合材料，即氧化石墨烯/SBA-15復合材料及其制備方法。

在此，一方面，本發(fā)明提供一種快速、高效、選擇性吸附二價鉛離子的氧化石墨烯/SBA-15復合材料，所述氧化石墨烯/SBA-15復合材料包括通過共價鍵相連接的氧化石墨烯和SBA-15，其中氧化石墨烯和SBA-15的質量比為1：(5～20)。

本發(fā)明通過在氧化石墨烯上以共價鍵連接SBA-15，有效地改善了氧化石墨烯從溶液中的難分離的問題，并在一定程度上保留了氧化石墨烯對重金屬的吸附特性，具有快速、高效、選擇性吸附Pb(II)的優(yōu)點，且對環(huán)境友好，可重復利用。其吸附性能特征包括如下方面：

(1)pH在4—7范圍內，5mg吸附劑對20mL?Pb(II)濃度約10mg/L溶液的吸附率在98％以上，吸附效率高；

(2)pH為4，5mg吸附劑對20mL含Pb(II)濃度5mg/L溶液達到吸附平衡時間約為10min，吸附速度快；

(3)pH為4，5mg吸附劑對20mL?Pb(II)濃度約5-300mg/L進行吸附，隨溶液濃度增大，吸附量增加，當溶液濃度為200mg/L時吸附容量最大為265.89mg/g；

(5)pH為4，5mg吸附劑對75mL含金屬離子Ca(II)、Cd(II)、Co(II)、Hg(II)、K(I)、Mg(II)、Ni(II)、Zn(II)各10mg/L溶液吸附，對Pb(II)吸附完全，而對其他金屬離子基本不吸附，故對Pb(II)有良好的選擇性吸附。

較佳地，所述共價鍵為由氧化石墨烯的羧基與氨基化的SBA-15的氨基所形成的酰胺鍵，所述氨基化的SBA-15為末端帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑改性的SBA-15。

較佳地，所述末端帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑包括：3-氨丙基三乙氧基硅烷、和/或3-氨丙基三甲氧基硅烷。

另一方面，本發(fā)明還提供上述氧化石墨烯/SBA-15復合材料的制備方法，所述制備方法包括：將氧化石墨烯與末端帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑改性的SBA-15在縮合劑的存在下進行縮合反應，反應完畢后將產物過濾、洗滌、干燥后即得所述氧化石墨烯/SBA-15復合材料。

本發(fā)明通過縮合反應即可將氧化石墨烯與SBA-15復合，簡單易行，可控性強。而且反應后處理簡單，直接過濾即可將產物從反應溶液中分離，由此也可以說明本發(fā)明的氧化石墨烯/SBA-15復合材料易于從溶液中分離。